Nouveaux matériaux multicouches à base de cobalt pour applications optiques dans l’extrême ultra-violet – COBMUL

Suite au fort développement des sources et applications dans les domaines de l’extrême ultra-violet (EUV) et dans rayons X mous, il est nécessaire de concevoir et fabriquer de nouveaux éléments optiques, par exemple pour imager la couronne solaire à la longueur d’onde de l’émission He II à 30,4 nm ou travailler avec des lasers X fonctionnant à 4,48 nm dans le fenêtre de l’eau. Les multicouches périodiques conviennent à ce but car les épaisseurs des couches sont de l’ordre du nanomètre, conduisant à des périodes de l’ordre du nanomètre adaptées pour diffractée les rayonnements EUV et X mous. Pour être utiles, ces optiques doivent avoir de grandes réflectivités et une stabilité thermique et temporelle appropriée. Pour de nombreuses applications, les multicouches doivent aussi être stables jusqu’à au moins 200°C.

Nous comptons établir une méthodologie d’analyse des interfaces ainsi qu’un support théorique montrant les phénomènes intervenant aux interfaces des multicouches périodiques. Cette étude sera basée sur des multicouches à base de cobalt. Nous comptons aussi préparer de nouvelles multicouches à base de cobalt avec de remarquables propriétés optiques mais aussi présentant une bonne stabilité thermique, nécessaire pour travailler dans des environnements sévères comme les synchrotrons ou les lasers à électrons libres. Pour atteindre ce but nous pensons orienter nos recherches dans trois directions:
(i) optimiser les paramètres du système Co/Mg (épaisseurs de couches, pression, puissance , température, … , lors du dépôt) pour lequel des expériences préliminaires ont déjà été effectuées et se sont montrées prometteuses (réflectivité de 43%); ce système servira de prototype aux multicouches à base de cobalt;
(ii) changer le magnésium par un autre matériel choisi pour ses constantes optiques et son aptitude à ne pas réagir avec le coblat,
(iii) considérer des systèmes tri-couches, avec deux autres couches métalliques autres que le cobalt ou une couche métallique et une couche d’un composé ayant une grande enthalpie de formation, car il a été montré que ces systèmes peuvent présenter une réflectivité plus grande que celle des systèmes bi-couches.

Dans notre projet, le système Co/Mg sera étudié en premier en tant que prototype des multicouches à base de cobalt devant être développées. Une méthodologie combinant des techniques non-destructives de caractérisation, réflectométrie dans les domaines EUV et X durs, spectroscopies d’émission X et de résonance magnétique nucléaire, effect Kerr magnéto-optique, sera appliquée pour comprendre les interactions interfaciales ayant lieu dans ce type de multicouches. Alors à partir de ces connaissances, un processus d’ « interface engineering » sera mis en œuvre pour améliorer la qualité structurale des empilements ainsi que pour anticiper leur comportement jusqu’à des températures de quelques centaines de degrés Celsius. Cela permettra la conception de nouvelles multicouches à base de cobalt utilisables pour des applications concrètes. Les multicouches ainsi conçues seront fabriquées et leur comportement interfacial contrôlé afin de conduire des hautes réflectivités. Le projet pourra être considéré comme réussi si un jeu de multicouches à base de cobalt aura pu être conçu, fabriqué et optimisé pour travailler dans le domaine EUV tout en présentant une stabilité thermique bien supérieure à 200°C et adapté pour des applications pour synchrotron, laser à électrons libres, observation solaire dans l’EUV, …